CN112592240A - 一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂及其制作方法,其包括下述原料:生物炭、腐殖酸、钙镁磷肥、枯草芽孢杆菌、沼泽红假单胞菌。本发明的有益效果为:本发明所述的生物碳基复合调理剂采用固体废弃物猪粪、秸秆为原料制得生物炭,对土壤重金属具有较好的吸附能力,废物利用,变废为宝,既提高了有机废弃物的转化率,又有利于修复土壤生态环境;增加了镉的固定,降低镉的生物有效性,改良土壤重金属镉污染状况,能增加土壤微生物种群,满足作物生长的多种营养需求,增加产量,提高作物中镉去除率;能够提升土壤有机质含量,吸附肥料养分,减少土壤养分流失,提高土壤的容重和持水透气能力,避免土壤板结现象发生,改良土壤肥力。
Description
技术领域
本发明涉及土壤改良剂技术领域,具体涉及一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂及其制作方法。
背景技术
土地作为主要资本和物质基础,为人类的生存和发展提供了重要保障。近年来,随着现代工农业生产的发展,越来越多的工业生产废水和城市污水及废弃物不断渗入农田土壤。其排放数量和速度已经超过了农田土壤的承受容量和净化速度,使污染面积逐年扩大,破坏了农田土壤的自然动态平衡,导致农田土壤质量下降。其中,重金属镉的毒性大,不易降解,且易被农作物吸收,通过食物链传递,对生物有机体造成极大危害。近年来,农田土壤镉污染修复技术已经取得了一些进展。但是,我国的农田土壤镉污染面积仍有不断扩大的趋势,很多切实有效的污染修复技术仍需要进一步生产实际的检验。
近几年,利用微生物肥料的方法被广泛应用在农田土壤重金属污染的修复过程中。由于微生物容易培养,在修复重金属污染农田土壤时拥有较强的适应能力和代谢能力,具有效果好、投资小、易操作、不产生二次污染的优点,备受国内外研究者的关注,具有广泛的应用前景。尽管如此,尚存在修复见效慢、修复效果不稳定等缺点,使得利用大多数微生物修复技术仍然局限在科研和实验室阶段,真正能够在实际应用中的很少。
生物炭是城乡固体废弃物等在缺氧或无氧的状态下,经过高温热解而成。生物炭由C、H、N、O等组成。生物炭具有丰富的孔隙结构、营养元素,能够大量富集污染物,并且用于制备生物炭的材料来源广泛,比如农业中产生的废弃秸秆,既能回收又能重新利用。具有较好的重金属吸附能力,在土壤重金属污染修复领域具有良好的应用前景。生物炭本身所拥有的多孔结构也便于微生物的附着生长,利用生物炭与其他材料制备复合土壤调理剂,能够发挥协同作用,提高镉污染修复效果。生物炭的添加还能够提升土壤肥力,改善土壤环境。
发明内容
本发明的目的是提供一种改良土壤重金属镉污染状况、增加土壤微生物种群,满足作物生长所需营养需求的修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂及其制备方法。
为实现本发明的上述目的,本发明采用以下技术方案:
本发明的第一方面,提供一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂,包括下述重量份的原料:生物炭60-70份、腐殖酸15-25份、钙镁磷肥8-12份、枯草芽孢杆菌0.4-1.6份、沼泽红假单胞菌0.4-1.6份。
上述一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂,作为一种优选的实施方案,包括下述重量份的原料:生物炭62-68份、腐殖酸18-22份、钙镁磷肥9-11份、枯草芽孢杆菌0.6-1.4份、沼泽红假单胞菌0.6-1.4份。
上述一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂,作为一种优选的实施方案,包括下述重量份的原料:生物炭65份、腐殖酸20份、钙镁磷肥10份、枯草芽孢杆菌1.0份、沼泽红假单胞菌1.0份。
生物炭是一种作为土壤改良剂的木炭,能够有效改善土壤理化性质和土壤结构,提高农产品产量的一种新型肥料。因生物炭自身具有碳元素且具有多孔性、孔间距较大的物理性质,能够像活性炭一样吸附土壤中的有机污染物并固持重金属,具有非常好的吸水性,能够增加土壤中的含水量,帮助农产品更加健康成长。
腐殖酸是自然界中广泛存在的大分子有机物质,可以有效地修复退化土壤,改善土壤的结构、活化土壤养分、调节土壤的酸碱度、降低土壤污染,提高肥料的利用率。
钙镁磷肥是用磷矿与硅酸镁矿物配制的原料,主要成分包括Ca3(PO4)2、CaSiO3、MgSiO3。是一种多元素肥料,水溶液呈碱性,可改良酸性土壤,培育大苗时作为底肥效果很好,植物能够缓慢吸收所需养分。
枯草芽孢杆菌能够产生类似细胞***素、植物生长激素的物质,促进植物的生长使植物抵抗病原菌的侵害,其能在作物根际或体内定植,并起到特定的肥料效应,可以提高肥料利用率、改善土壤微环境,其能在一定程度上反应土壤营养物的转化和供应能力。
沼泽红假单胞菌能分解出长石、云母等矿物中的钾、硅,也能分解出磷灰石中的磷,具有溶磷、释钾和固氮功能,同时能在生长繁殖过程中产生有机酸、氨基酸、多糖、激素等有利于植物吸收和利用的物质,其在土壤中繁殖后,可分泌植物生长刺激素及多种酶,以增强作物对一些病害的抵抗力;也抑制其他病原菌的生长,其菌体内的钾在菌体死亡后,游离出来,又可被植物吸收利用。作为微生物肥料中的一种重要功能菌,可提高土壤速效钾、磷含量,提高作物产量和品质等多种功效。
上述一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂,作为一种优选的实施方案,枯草芽孢杆菌和沼泽红假单胞菌所含有效活菌的量为1000亿/克。
本发明所使用枯草芽孢杆菌和沼泽红假单胞菌均采购自湖北启明生物工程有限公司。
本发明的第二方面,提供一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂的制作方法,包括以下步骤:
(1)制备生物炭;
(2)将腐殖酸、钙镁磷肥分别进行粉碎,备用;
(3)将粉碎后的钙镁磷肥,枯草芽孢杆菌、沼泽红假单胞菌,粉碎后的腐殖酸,生物炭混合搅拌均匀,得所述修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂。
上述一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂的制作方法,作为一种优选的实施方案,所述生物炭的制备方法为:
将发酵腐熟后的猪粪和秸秆混合搅拌均匀,并调整混合物的含水率为10%-30%,将混合物在缺氧或无氧的条件下高温热解,待热解完毕,粉碎、过筛得生物炭。
上述一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂的制作方法,作为一种优选的实施方案,发酵腐熟后的猪粪和秸秆的质量比为1:0.8-1.2。
上述一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂的制作方法,作为一种优选的实施方案,所述高温热解为在580-620℃的条件下,高温热解2.8-3.2h。
上述一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂的制作方法,作为一种优选的实施方案,所得生物炭的颗粒细度为80-120目,所得生物炭的含碳量大于50%,所得生物炭的pH为7.8-7.84。
上述一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂的制作方法,作为一种优选的实施方案,步骤(2)中,粉碎后的腐殖酸和钙镁磷肥的细度均为80-120目。
相对于现有技术,本发明的有益效果为:
1、本发明所述修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂采用固体废弃物猪粪、秸秆为原料制得生物炭,对土壤重金属具有较好的吸附能力,废物利用,变废为宝,既提高了有机废弃物的转化率,又有利于修复土壤生态环境;
2、本发明所述修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂利用联合菌(枯草芽孢杆菌和沼泽红假单胞菌)使农田土壤中镉的可溶态向难溶态转化,增加了镉的固定,降低镉的生物有效性,改良土壤重金属镉污染状况,能增加土壤微生物种群,满足作物生长的多种营养需求,增加产量,提高作物中镉去除率,提高品质;
3、本发明所述修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂能够提升土壤有机质含量,吸附肥料养分,减少土壤养分流失,提高土壤的容重和持水透气能力,避免土壤板结现象发生,改良土壤肥力。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式,都属于本发明所保护的范围。
本发明实施例中1重量份代表1。
实施例1
一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂,包括下述重量份的原料:生物炭60重量份、腐殖酸15重量份、钙镁磷肥8重量份、枯草芽孢杆菌0.4重量份、沼泽红假单胞菌0.4重量份;
枯草芽孢杆菌和沼泽红假单胞菌所含有效活菌的量为1000亿/克;
上述一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂的制作方法,包括以下步骤:
(1)制备生物炭;
将发酵腐熟后的猪粪和秸秆按照质量比为1:0.8混合搅拌均匀,并调整混合物的含水率为10%,将混合物在缺氧或无氧的条件下,在温度为580℃的条件下高温热解3.2h,待热解完毕,粉碎、过筛得细度为80目,含碳量大于50%,pH为7.8的生物炭;
(2)将腐殖酸、钙镁磷肥分别进行粉碎,得细度为80目的粉末,备用;
(3)将粉碎后的钙镁磷肥,枯草芽孢杆菌、沼泽红假单胞菌,粉碎后的腐殖酸,生物炭混合搅拌均匀,得所述修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂。
实施例2
一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂,包括下述重量份的原料:生物炭62重量份、腐殖酸18重量份、钙镁磷肥9重量份、枯草芽孢杆菌0.6重量份、沼泽红假单胞菌0.6重量份;
枯草芽孢杆菌和沼泽红假单胞菌所含有效活菌的量为1000亿/克;
上述一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂的制作方法,包括以下步骤:
(1)制备生物炭;
将发酵腐熟后的猪粪和秸秆按照质量比为1:0.9混合搅拌均匀,并调整混合物的含水率为15%,将混合物在缺氧或无氧的条件下,在温度为600℃的条件下高温热解3h,待热解完毕,粉碎、过筛得细度为90目,含碳量大于50%,pH为7.82的生物炭;
(2)将腐殖酸、钙镁磷肥分别进行粉碎,得细度为90目的粉末,备用;
(3)将粉碎后的钙镁磷肥,枯草芽孢杆菌、沼泽红假单胞菌,粉碎后的腐殖酸,生物炭混合搅拌均匀,得所述修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂。
实施例3
一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂,包括下述重量份的原料:生物炭65重量份、腐殖酸20重量份、钙镁磷肥10重量份、枯草芽孢杆菌1.0重量份、沼泽红假单胞菌1.0重量份;
枯草芽孢杆菌和沼泽红假单胞菌所含有效活菌的量为1000亿/克;
上述一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂的制作方法,包括以下步骤
(1)制备生物炭;
将发酵腐熟后的猪粪和秸秆按照质量比为1:1混合搅拌均匀,并调整混合物的含水率为20%,将混合物在缺氧或无氧的条件下,在温度为600℃的条件下高温热解2.8h,待热解完毕,粉碎、过筛得细度为100目,含碳量大于50%,pH为7.82的生物炭;
(2)将腐殖酸、钙镁磷肥分别进行粉碎,得细度为100目的粉末,备用;
(3)将粉碎后的钙镁磷肥,枯草芽孢杆菌、沼泽红假单胞菌,粉碎后的腐殖酸,生物炭混合搅拌均匀,得所述修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂。
实施例4
一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂,包括下述重量份的原料:生物炭68重量份、腐殖酸22重量份、钙镁磷肥11重量份、枯草芽孢杆菌1.4重量份、沼泽红假单胞菌1.4重量份;
枯草芽孢杆菌和沼泽红假单胞菌所含有效活菌的量为1000亿/克;
上述一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂的制作方法,包括以下步骤
(1)制备生物炭;
将发酵腐熟后的猪粪和秸秆按照质量比为1:1.1混合搅拌均匀,并调整混合物的含水率为25%,将混合物在缺氧或无氧的条件下,在温度为580℃的条件下高温热解3.1h,待热解完毕,粉碎、过筛得细度为110目,含碳量大于50%,pH为7.83的生物炭;
(2)将腐殖酸、钙镁磷肥分别进行粉碎,得细度为110目的粉末,备用;
(3)将粉碎后的钙镁磷肥,枯草芽孢杆菌、沼泽红假单胞菌,粉碎后的腐殖酸,生物炭混合搅拌均匀,得所述修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂。
实施例5
一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂,包括下述重量份的原料:生物炭70重量份、腐殖酸25重量份、钙镁磷肥12重量份、枯草芽孢杆菌1.6重量份、沼泽红假单胞菌1.6重量份;
枯草芽孢杆菌和沼泽红假单胞菌所含有效活菌的量为1000亿/克;
上述一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂的制作方法,包括以下步骤:
(1)制备生物炭;
将发酵腐熟后的猪粪和秸秆按照质量比为1:1.2混合搅拌均匀,并调整混合物的含水率为30%,将混合物在缺氧或无氧的条件下,在温度为620℃的条件下高温热解2.8h,待热解完毕,粉碎、过筛得细度为120目,含碳量大于50%,pH为7.84的生物炭;
(2)将腐殖酸、钙镁磷肥分别进行粉碎,得细度为120目的粉末,备用;
(3)将粉碎后的钙镁磷肥,枯草芽孢杆菌、沼泽红假单胞菌,粉碎后的腐殖酸,生物炭混合搅拌均匀,得所述修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂。
本发明所述一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂的功效研究
试验地点:标优美生态工程股份有限公司
试验时间:2020年
供试作物:蓟农小白菜
供试土壤:江苏省镇江市扬中市西来桥镇农田耕层土壤,取回实验室过筛,配制模拟污染灌溉区镉污染土壤,使土壤总镉含量约为12mg/kg,混匀陈化15天。
试验方案:选取本发明的生物碳基复合调理剂,采用盆栽试验,将供试土壤分为两部分,试验盆栽和对照盆栽,试验盆栽使用生物碳基复合调理剂,对照盆栽不做处理,试验结果如表1所示:
表1本发明所述生物碳基复合调理剂的功效研究
以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂,其特征在于,包括下述重量份的原料:生物炭60-70份、腐殖酸15-25份、钙镁磷肥8-12份、枯草芽孢杆菌0.4-1.6份、沼泽红假单胞菌0.4-1.6份。
2.根据权利要求1所述一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂,其特征在于,包括下述重量份的原料:生物炭62-68份、腐殖酸18-22份、钙镁磷肥9-11份、枯草芽孢杆菌0.6-1.4份、沼泽红假单胞菌0.6-1.4份。
3.根据权利要求1所述一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂,其特征在于,包括下述重量份的原料:生物炭65份、腐殖酸20份、钙镁磷肥10份、枯草芽孢杆菌1.0份、沼泽红假单胞菌1.0份。
4.根据权利要求1所述一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂,其特征在于,枯草芽孢杆菌和沼泽红假单胞菌所含有效活菌的量为1000亿/克。
5.权利要求1-4之一所述一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)制备生物炭;
(2)将腐殖酸、钙镁磷肥分别进行粉碎,备用;
(3)将粉碎后的钙镁磷肥,枯草芽孢杆菌、沼泽红假单胞菌,粉碎后的腐殖酸,生物炭混合搅拌均匀,得所述修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂。
6.根据权利要求5所述一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂的制作方法,其特征在于,所述生物炭的制备方法为:
将发酵腐熟后的猪粪和秸秆混合搅拌均匀,并调整混合物的含水率为10%-30%,将混合物在缺氧或无氧的条件下高温热解,待热解完毕,粉碎、过筛得生物炭。
7.根据权利要求6所述一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂的制作方法,其特征在于,发酵腐熟后的猪粪和秸秆的质量比为1:0.8-1.2。
8.根据权利要求6所述一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂的制作方法,其特征在于,所述高温热解为在580-620℃的条件下,高温热解2.8-3.2h。
9.根据权利要求6所述一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂的制作方法,其特征在于,所得生物炭的颗粒细度为80-120目,所得生物炭的含碳量大于50%,所得生物炭的pH为7.8-7.84。
10.根据权利要求5所述一种修复土壤镉污染的生物碳基复合调理剂的制作方法,其特征在于,步骤(2)中,粉碎后的腐殖酸和钙镁磷肥的细度均为80-120目。
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